DE2647304C3 - Electric motor with variable reluctance - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronisch konimutierten Gleichstrommotor mit veränderbarer Reluktanz gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solcher elektronisch kommutierter Gleichstrommotor ist aus der FR-PS 14 45 472 bekannt. Bei diesem Motor ist die Anzahl 4kl der Pole des Stators ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Zähne des ω Rotors. Genauer ist die Anzahl der Zähne gleich der Anzahl von Gruppen von Polen und demzufolge sehr viel kleiner als die Anzahl der Pole. So ist der Winkel der Zahnteilung relativ groß. Eine Zahnteilung überdeckt demgemäß einen großen Bogen von z. B. πΙ4 bei dem in <■ der zitierten Patentschrift erwähnten Ausführungsbeispiel. Daher sind ausgedehnte Winkelbereiche des Stators hohen magnetischen Kräften mit relativ niederer Frequenz unterworfen. Die Frequenz ist proportional zur Anzahl der Zähne, die sekundlich vor jeder Polgruppe vorbeiläuft, und ist eine niedere Harmonische der Motordrehzahl. Den angegebenen Vorteilen der Erreichung eines starken Anfahrmomentes und veränderbarer Drehzahl durch Eingriff in die Kommutierungsfrequenz steht bei diesem Motor der Nachteil gegenüber, daß beträchtliche Schwingungen auftreten können. Dies ist besonders bei einer Verwendung des Motors zum Antrieb von Fahrzeugen hinderlich, da die Schwingungen eine hohe Geräuschentwicklung und eine Schwingbeanspruchung des Fahrzeuges zur Folge haben. Auch ist der Aufbau eines derartigen Motors verhältnismäßig kompliziert Da die Zähne des Rotors in bezug auf die Polgruppen, an denen sie vorbeilaufen, gleichzeitig die gleichen Stellungen einnehmen, müssen sie eine bestimmte, komplizierte Form erhalten, und jeder Pol muß mit zwei gegenläufig gewickelten Erregerspulen ausgestattet werden, damit der Stromverbrauch so gleichmäßig wie möglich bleibtThe invention relates to an electronically switched direct current motor with variable reluctance according to the preamble of claim 1. Such an electronically commutated direct current motor is known from FR-PS 14 45 472. In this motor, the number 4kl of the poles of the stator is an integral multiple of the number of teeth of the ω rotor. More precisely, the number of teeth is equal to the number of groups of poles and is therefore very much smaller than the number of poles. So the angle of the tooth pitch is relatively large. A tooth pitch accordingly covers a large arc of z. B. πΙ4 in the embodiment mentioned in <■ the cited patent. Therefore, extensive angular ranges of the stator are subjected to high magnetic forces with a relatively low frequency. The frequency is proportional to the number of teeth that pass in front of each pole group every second and is a lower harmonic of the motor speed. The stated advantages of achieving a strong starting torque and variable speed by intervening in the commutation frequency are offset in this motor by the disadvantage that considerable vibrations can occur. This is particularly a hindrance when the engine is used to drive vehicles, since the vibrations result in a high level of noise and vibration stress on the vehicle. The structure of such a motor is also relatively complicated.Since the teeth of the rotor with respect to the pole groups they pass simultaneously occupy the same positions, they must have a specific, complicated shape, and each pole must be equipped with two oppositely wound excitation coils so that power consumption remains as constant as possible

Es ist aus der DE-OS 22 12 219 bekannt, zur Vereinfachung des Motoraufbaues die Gruppen von Polen in Sektoren des Rotorumfanges derart anzuordnen, daß von einem Sektor zum nächsten eine bestimmte Winkelversetzung um einen Bruchteil der Zahnteilung gegenüber den untereinander gleichmäßig beabstandeten Zähnen des Rotors auftritt. Die Winkelversetzung beträgt z. B. ein Viertel der Zahnteilung, wenn die Speiseeinrichtung einen vierphasigen Strom liefert. Diese Anordnung schaltet aber die Geräuschentwicklung nicht aus. Außerdem erfordert die Winkelversetzung der Pole einer Gruppe gegenüber der nächsten besondere Maßnahmen bei der Motorfertigung, da der Abstand zwischen zwei benachbarten Polen zweier aufeinanderfolgender Gruppen anders ist als der Abstand zwischen den Polen einer Gruppe.It is known from DE-OS 22 12 219, to simplify the engine structure, the groups of To arrange poles in sectors of the rotor circumference in such a way that from one sector to the next one certain angular displacement by a fraction of the tooth pitch compared to the evenly among each other spaced teeth of the rotor occurs. The angular displacement is z. B. a quarter of the tooth pitch, when the feed device supplies a four-phase current. However, this arrangement switches the noise development not from. In addition, the angular displacement of the poles of one group with respect to the next requires special measures in engine production, since the distance between two adjacent poles of two successive groups is different from the distance between the poles of a group.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem elektronisch kommutierten Gleichstrommotor mit veränderbarer Reluktanz der eingangs genannten Art eine Geräuschminderung und einen vereinfachten Aufbau zu schaffen. Einerseits sollen die magnetischen Kräfte gleichmäßig über den ganzen Umfang des Stators verteilt sein und die Frequenz ihrer Änderung soll hoch sein, so daß keine starken Schwingungen erzeugt werden. Andererseits sollen die Statorpole untereinander gleichmäßig beabstandet sein. Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.The invention is based on the object of an electronically commutated direct current motor with a variable Reluctance of the type mentioned at the beginning of a noise reduction and a simplified structure create. On the one hand, the magnetic forces should be uniform over the entire circumference of the stator be distributed and the frequency of their change should be high so that no strong vibrations are generated will. On the other hand, the stator poles should be evenly spaced from one another. This task will solved by the features characterized in claim 1.

Ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor, der nach den Merkmalen des Anspruches 1 ausgebildet ist, weist eine Reihe von Vorteilen auf.An electronically commutated direct current motor designed according to the features of claim 1 has a number of advantages.

Verteilt über den Rotorumfang sind immer Zähne vorhanden, die Polen gegenüberstehen, Zähne, die zwischen zwei Polen stehen, und Zähne, die in der einen oder anderen Richtung gegenüber den Polen mehr oder weniger versetzt stehen, so daß die magnetischen Kräfte zwischen Rotor und Stator im wesentlichen gleichmäßig längs des Umfangsluftspaltes zwischen Polen und Zähnen verteilt sind.Spread over the circumference of the rotor there are always teeth that face the poles, teeth that stand between two poles, and teeth that are more or less in one direction or the other opposite the poles are less offset, so that the magnetic forces between the rotor and stator essentially are evenly distributed along the circumferential air gap between poles and teeth.

Da die Anzahl der Zähne größer ist als die Anzahl der Pole, ist die Frequenz des Durchganges der Zähne vor den Polen und die Frequenz der Veränderung der magnetischen Kräfte über jedem Pol relativ hoch.Since the number of teeth is greater than the number of poles, the frequency of the passage of the teeth is ahead the poles and the frequency of the change in the magnetic forces over each pole is relatively high.

Die Pole und die Zähne weisen trotz ihrer gleich abständigen Anordnung eine einfache Form auf und lassen sich leicht herstellen.Despite their equally spaced arrangement, the poles and the teeth have a simple shape and are easy to manufacture.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Anspruch 2 gekennzeichnet. Es werden hier die imAn advantageous embodiment of the invention is shown in Claim 2 characterized. The im

Hinblick auf die Aufgabenstellung kleinstmöglichen Anzahlen von Polen und Zähnen angegeben.Smallest possible with regard to the task Numbers of poles and teeth given.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Anspruch 3 gekennzeichnet Eei einem derart ausgebildeten Motor kompensieren sich die resultierenden Werte des magnetischen Fluges im Statorkranz und im Rotorkranz, und die Querschnitte dieser Kränze können vermindert werden, was magnetisierbaren Werkstoff einspart und zu einem leichteren Motoi führtAnother advantageous embodiment of the invention is characterized in claim 3 such trained motor compensate the resulting values of the magnetic flight in the stator ring and in the rotor ring, and the cross-sections of these rings can be reduced, which is magnetizable Saves material and leads to a lighter motoi

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist Es zeigtThe invention is illustrated below using an exemplary embodiment explained in more detail, which is shown in the drawing It shows

F i g. 1 in einem Schnitt in schematischer Darstellungsweise die Hälfte eines erfindungsgemäßen Elektromotors mit veränderbarer Reluktanz (ohne Kommutierungseinrichtungen), F i g. 1 in a section in a schematic representation, half of an electric motor according to the invention with variable reluctance (without commutation devices),

F i g. 2 ein Drittel dieses Motors in der Seitenansicht in vereinfachter Darstellungsweise, wobei die Art des Zusammenwirkens der Statorpole und der Rotorzähne zu erkennen ist (mit den Kommutierungseinrichtungen), undF i g. 2 a third of this engine in a side view in a simplified representation, the type of The interaction of the stator poles and the rotor teeth can be seen (with the commutation devices), and

Fig.3 ein Zeitdiagramm der Kommutierung mit Angabe der relativen Stellung der in F i g. 2 gezeigten Gruppe von Zähnen und Polen.3 shows a time diagram of the commutation with details of the relative position of the in FIG. 2 shown Group of teeth and poles.

Wie in den F i g. 1 und 2 gezeigt, weist ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor mit veränderbarer Reluktanz im wesentlichen folgende Teile auf:As shown in Figs. 1 and 2 shown, has an electronically commutated DC motor with changeable Reluctance essentially consists of the following parts:

— einen Stator 1, der einen aus ferromagnetischem Material bestehenden Kranz von äquidistanten Polen 11 hat, deren Anzahl gleich einem Mehrfachen von zwölf ist (hier 3x12) und die jeweils mit einer Erregerspule 12 versehen sind;- A stator 1, which consists of a ferromagnetic material ring of equidistant Poland has 11, the number of which is equal to a multiple of twelve (here 3x12) and each with an exciting coil 12 are provided;

— einen Rotor 2, der einen ebenfalls aus ferromagnetischem Material bestehenden Kranz aufweist, der äquidistante Zähne 21 trägt, deren Anzahl gleich demselben Mehrfachen wie vorstehend angegeben von siebzehn ist (hier 3x17);- A rotor 2, which has a ring also made of ferromagnetic material, the equidistant teeth 21, the number of which is equal to the same multiple as indicated above of seventeen is (here 3x17);

— elektronische Kommutierungseinrichtungen, hier drei Einrichtungen I, II und III (nur in Fig. 2 dargestellt), die jeweils vier statische Unterbrecher haben (Transistoren oder Thyristoren). Diese Unterbrecher werden durch eine (nicht dargestellte) elektronische Einrichtung gesteuert, die die Stellung der Zähne des Rotors in bezug auf die Pole des Stators erfaßt und das öffnen oder Schließen der Unterbrecher auslöst, und zwar zeillich gestaffelt, wie später noch genauer dargelegt wird.- Electronic commutation devices, here three devices I, II and III (only in Fig. 2 shown), each of which has four static interrupters (transistors or thyristors). These Breakers are controlled by electronic equipment (not shown) that controls the Detected position of the teeth of the rotor in relation to the poles of the stator and the opening or closing the interrupter trips, staggered by line, as will be explained in more detail later.

In Fig.2 ist ein Winkelausschnitt 2^/3 (120°) dargestellt, wobei angenommen wird, daß der Rotor im Uhrzeigersinn gedreht wird, wie durch den Pfeil F dargestellt ist; zwölf beliebige aufeinanderfolgende Pole des Stators sind mit p\—p_t2 bezeichnet und siebzehn aufeinanderfolgende Zähne des Rotors sind mit d_l — d_u bezeichnet, wobei der Augenblick dargestellt ist, in dem die Achse des Zahnes d\ mit der Achse des Pols P\ zusammenfällt. Es ist auch gezeigt, wie die zwölf aufeinanderfolgenden Pole p\—p_l2 mit ihren Erregerspulen mil den Kommutierungseinrichtungen 1, II, III verbunden sind, und 7vr_ar jtweiis vier mit jeder der Kommulierungseinrichtungen. Man erkennt, daß alle Erregerspillen nur mit einem ihrer Enden mit den Kommutierungseinrichtungen verbunden sind, während ihr zweites Ende mit einem gemeinsamen inneren Punkt der Maschine ohne Verbindung nach außen verbunden ist.In Figure 2, an angular section 2 ^ / 3 (120 °) is shown, it being assumed that the rotor is rotated clockwise, as shown by the arrow F; Any twelve consecutive poles of the stator are denoted by p \ _{- p t2} and seventeen consecutive teeth of the rotor are denoted by d _l - d _u , whereby the moment is shown at which the axis of the tooth d \ with the axis of the pole P \ coincides. It is also shown how the twelve consecutive poles p \ -p _l2 with their excitation coils mil the commutating 1, II, III are connected, and 7vr _a r jtweiis four with each of the Kommulierungseinrichtungen. It can be seen that all the excitation pills are connected to the commutation devices by only one of their ends, while their second end is connected to a common internal point of the machine without any connection to the outside.

Da zwölf Polteilungen demselben ZentrumswinkelSince twelve pole pitches have the same center angle

3030th

3535

4040

⁴⁵⁴⁵

5050

55 entsprechen wie siebzehn Zahnteilungen, kann man für die dargestellte Rotorstellung leicht die Winkel berechnen, die von den Zähnen durchlaufen werden müssen, um die in der Drehrichtung nächstliegenden PcIe zu erreichen. Dieser Rückstand der Zähne gegenüber den Polen ist im einzelnen in der folgender. Tafel 1 angegeben: 55 correspond to seventeen tooth pitches, one can easily calculate the angle for the rotor position shown which the teeth must pass through in order to reach the closest PcIe in the direction of rotation. This gap between the teeth and the poles is as follows. Table 1 stated:

Tafel 1Table 1

6565

Rückstand
des ZahnesResidue
of the tooth gegenüber demcompared to the J_
12 J_
12th Polpole Zwölftel der
ZahnteilungTwelfth of the
Tooth pitch d,d, P\P \ 1212th 00 d₂ d ₂ Pi ■■ 2j Pi ■■ 2y 1212th 1717th 55 d₃ d ₃ Pi '■ 2 j Pi '■ 2 j 1212th 1717th 1010 d₄ d ₄ Pa: 2 JPa: 2 y 1717th 1515th dsds Pa 2y Pa 2y 1717th 33 d_b d _b PsPs 88th dndn PbPb 1313th dgdg PbPb 11 dodo Pipi 66th d\athere Pipi 1111th duyou Pipi 1616 duyou Pipi 44th duyou P)OP) O 99 duyou PnPn 1414th duyou PuPooh 22 duyou PnPn 77th d„d " P\P \ 1212th

Liest man Tafel 1 von oben nach unten, so erkennt man, daß der jeweilige Rückstand in Zwölfteln der Zahnteilung erhalten wird, indem man die Summe aus dem vorigen Rückstand und der Zahl 5 bildet und hieraus den Rest der Division durch 17 ableitet. Bezeichnet man z. B. den Rückstand eines Zahnes d_x gegenüber einem Pol p_y mit (d_x, p_y), so ist:If you read table 1 from top to bottom, you can see that the respective residue is obtained in twelfths of the tooth division by taking the sum of the previous residue and the number 5 and deriving the remainder of the division by 17. If one denotes z. B. the residue of a tooth d _x compared to a pole p _y with (d _x , p _y ), then:

=13= 13

= 6= 6

(der Quotient ist 0);
) (the quotient is 0);
)

(der Quotient ist 1);
d) R((the quotient is 1);
d) R (

(der Quotient ist 0),
usw.(the quotient is 0),
etc.

Die Wirkungsweise der Kommutierungseinrichtungen I, II, III läßt sich anhand von Fig.3 darstellen. In einem Diagramm ist in den Zeilen t₀, U ... in jeweils die Abwicklung des Umfanges des in Fig.2 gezeigten Statorausschnittes mit seinen aufeinanderfolgenden Polen pi, p₂...p_i2 eingezeichnet, die durch Rechteckwellenzüge wie t dargestellt sind. Der zugehörige Bogen des Umfanges des Rotors 2 in Fig.2 ist durch eine Gerade r dargestellt, die eine Vielzahl kleiner DreieckeThe mode of operation of the commutation devices I, II, III can be illustrated with the aid of FIG. In a diagram, lines t ₀ , U ... in each show the development of the circumference of the stator section shown in FIG. 2 with its successive poles pi, p ₂ ... p _i2 , which are represented by square wave trains like t . The associated arc of the circumference of the rotor 2 in FIG. 2 is represented by a straight line r which has a large number of small triangles

d trägt, deren nach unten gerichtete Spitzen die Achsen der Zähne symbolisieren. d , the tips of which point downward symbolize the axes of the teeth.

Das Diagramm enthält eine synchrone Darstellung in waagerechter Richtung und eine zeitabhängige Darstellung in Richtung von unten nach oben. Es bildet so eine Matrix, in der die Zeilen i₀, t\, t₂...tu Zeitpunkten entsprechen, die sich von den jeweils vorausgehenden Zeitpunkten um die Zeitspanne unterscheiden, die zur Drehung des Rotors um eine Zwölftel Zahnteilung erforderlich ist. Die Spalten p_t, P2...p\2 der Matrix entsprechen den Polen pt, pi... pn und geben die Lage der Zähne d des Rotors gegenüber diesen Polen zu den Zeitpunkten fo, fi... fn an. Dreht sich der Rotor wie angegeben zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten ίο, t\...t\\ um jeweils eine Zwölftel Zahnteilung, so entspricht dies einer Drehung um eine Zahnteilung während der Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten /<> und t\\. Nach einer solchen Drehung stellen sich Zähne und Pole wieder im gleichen Verhältnis gegenüber. Es ist daher nicht notwendig, in der Darstellung in Fig.3 jeden einzelnen Zahn gesondert zu kennzeichnen.The diagram contains a synchronous representation in the horizontal direction and a time-dependent representation in the direction from bottom to top. It thus forms a matrix in which the rows i ₀ , t \, t ₂ ... tu correspond to points in time which differ from the respective previous points in time by the time required to rotate the rotor by a twelfth tooth pitch. The columns p _t , P2 ... p \ 2 of the matrix correspond to the poles pt, pi ... pn and indicate the position of the teeth d of the rotor in relation to these poles at the times fo, fi ... fn. If the rotor rotates between two successive points in time ίο, t \ ... t \\ by a twelfth tooth pitch, this corresponds to a rotation by one tooth pitch during the period between the times / <> and t \\. After such a rotation, the teeth and poles face each other again in the same ratio. It is therefore not necessary to mark each individual tooth separately in the illustration in FIG.

Zu jedem Zeitpunkt ίο, ίι·..ίπ schaltet eine der Kommutierungseinrichtungen I₁ II, III einen Pol ab, dessen Erregerspule bis dahin mit Gleichstrom gespeist wurde, und einen anderen Pol an, dessen Erregerspule bis dahin nicht gespeist wurde.At each point in time ίο, ίι · ..ίπ one of the commutation devices I ₁ II, III switches off a pole whose excitation coil has been fed with direct current up to then, and connects to another pole whose excitation coil has not been fed up to then.

Unterhalb der Zeichen p\, p2... pn ist in F i g. 3 für dieBelow the characters p \, p2 ... pn is in FIG. 3 for the

Tafel 2Table 2

einzelnen Pole oder Spalten das Zeichen I₁ II oder III der Kommutierungseinrichtung eingetragen, die die Erregerspule des zugehörigen Poles schaltet. Trägt die einen Pol darstellende Rechteckwelle in Fig.3 einen dick eingezeichneten senkrechten Pfeil, so bedeutet das, daß die Erregerspule dieses Poles gespeist wird; trägt sie zwei senkrechte Pfeile, von denen der zweite langer ist als der erste, so bedeutet das, daß die zugehörige Erregerspule gerade angeschaltet wird. Rechteckwellen ohne Pfeile in Fig.3 bedeuten, daß die zugehörige Erregerspule nicht gespeist wird. Die Bedeutung der Richtung der senkrechten Pfeile und des Plus- oder Minus-Zeichens am Fuß jeder Spalte wird weiter unten erläutert.individual poles or columns the sign I ₁ II or III entered the commutation device that switches the excitation coil of the associated pole. If the square wave representing a pole in FIG. 3 has a thick vertical arrow, this means that the excitation coil of this pole is being fed; if it has two vertical arrows, the second of which is longer than the first, this means that the associated excitation coil is being switched on. Square waves without arrows in FIG. 3 mean that the associated excitation coil is not fed. The meaning of the direction of the vertical arrows and the plus or minus sign at the bottom of each column is explained below.

Eine Kommutierung wird durch den Durchgang der Achse eines Zahnes vor der Achse eines Poles ausgelöst. Genau bei diesem Durchgang schaltet die zu diesem Pol gehörige Kommutierungseinrichtung dessen Erregerspule ab und schaltet die Erregerspule des sechs Reihen weiter hinten oder weiter vorne liegenden Poles des betrachteten Polwinkelausschnittes an. Zur klareren Darstellung sind in Fig.3 die Achsen der Zähne, die durch eine Polachse gehen, durch ein schwarzes Dreieck markiert.Commutation is triggered by the passage of the axis of a tooth in front of the axis of a pole. Exactly during this passage the commutation device belonging to this pole switches its excitation coil and switches off the excitation coil of the pole of the six rows further back or further forward considered polar angle section. For the sake of clarity, the axes of the teeth are shown in FIG go through a polar axis, marked by a black triangle.

Für jeden betrachteten Zeitpunkt ίο, ίι... in sind die von den Kommutierungsvorgängen betroffenen Pole in der folgenden Tafel 2 gemäß dem Diagramm in Fi g. 3 zusammengestelltFor each point in time ίο, ίι ... in are those Poles affected by the commutation processes in the following table 2 according to the diagram in FIG. 3 compiled

Zum ZeitpunktAt the time schaltet die Kommutierungs
einrichtungswitches the commutation
Facility die Erregerspule des Poles
mit der untenstehenden
Nr. abthe excitation coil of the pole
with the one below
No. from und die Erregerspule des
Poles mit der unten
stehenden Nr. anand the excitation coil of the
Poles with the below
pending number /0/ 0 II. 11 77th /1/1 IiIII 66th 1212th aa IlIl 1111th 55 /3/ 3 II. 44th 1010 /4/ 4 IIIIII 99 33 /5/ 5 IIII 22 88th /6/ 6 II. 77th 11 ηη IIIIII 1212th 66th /8/8th IIII 55 1111th ί9ί9 11 1010 44th /10/ 10 IIIIII 33 99 /11/ 11 iiii SS. 22

Der Index eines Poles, dessen Erregerspule zu einem gegebenen Zeitpunkt ab- (oder an-) geschaltet wird, leitet sich ab aus dem Index des Poles, dessen Erregerspule zum vorangegangenen Zeitpunkt ab-(oder an-) geschaltet wurde, durch Addition einer 5 und durch Division einer so gebildeten Summe durch 12 mit Bestimmung des Divisionsrestes. Durch Übergang vom Zeitpunkt t₂ zum Zeitpunkt t₃ ergibt sich zum Beispiel:The index of a pole whose excitation coil is switched off (or on) at a given point in time is derived from the index of the pole whose excitation coil was switched off (or on) at the previous point in time by adding a 5 and by dividing a sum thus formed by 12 and determining the remainder of the division. The transition from time t ₂ to time t ₃ results in, for example:

(Π +5)/12 = 4 (Der Quotient ist 1) (5+5)/12 =10 (Der Quotient ist 0)(Π +5) / 12 = 4 (the quotient is 1) (5 + 5) / 12 = 10 (the quotient is 0)

Die unterstrichenen Zahlen sind die Indizes der kommutierten Pole.The underlined numbers are the indices of the commutated poles.

Es ergibt sich, daß der Obergang innerhalb einer Zeile von einem abgeschalteten Pol zu einem angeschalteten Pol oder umgekehrt durch Addition oder Subtraktion einer 6 erfolgt. Ferner läßt sich feststellen, daß die Zeitfolge der Ab- und Anschaltvorgänge gleich ist mit einer Zeitversetzung von 6 Zeitspannen entsprechend einer Drehung des Rotors um V12 χ 6 = V2 Zahnteilung.The result is that the transition within a row from a disconnected pole to a connected pole Pole or vice versa by adding or subtracting a 6. It can also be stated that the The time sequence of the switch-off and switch-on processes is the same with a time offset of 6 time periods a rotation of the rotor by V12 χ 6 = V2 tooth pitch.

Unter Bezug auf Fig.3 läßt sich feststellen, daß zu jedem Zeitpunkt fo, U - - - fa eine Kommutierung ausgelöst wird, da zu jedem dieser Zeitpunkte die Achse eines Zahnes vor der Achse eines Poles durchgehtWith reference to FIG. 3, it can be established that commutation is triggered at each point in time fo, U - - - fa, since at each of these points in time the axis of a tooth passes through in front of the axis of a pole

Ferner zeigt Fig.3, daß außer der sehr kurzen Zeitdauer, die für die Kommutierung erforderlich ist, die Erregerspulen von 6 Polen von 12 gespeist werden. In den Zeilen to, ti... tu sind jeweils 5 dick eingetragene Pfeile entsprechend 5 gespeister. Erregerspulen vorhanden. Die Erregerspule, die zu einem gegebenen Zeitpunkt abgeschaltet \vird, war bis unmittelbar vor diesem Zeitpunkt angeschaltet und wird unmittelbarFurthermore, FIG. 3 shows that, in addition to the very short period of time required for commutation, the excitation coils are fed by 6 poles from 12. In the lines to, ti ... tu there are 5 thick arrows corresponding to 5 fed. Excitation coils present. The excitation coil, which is switched off at a given point in time, was switched on until immediately before this point in time and will be switched on immediately

nicht mehr gespeist werden, während die zu diesem Zeitpunkt gerade angeschaltete Erregerspule unmittelbar vor diesem Zeitpunkt nicht gespeist wurde und unmittelbar danach gespeist sein wird.are no longer fed, while the excitation coil that is currently switched on is immediately was not fed before this point in time and will be fed immediately afterwards.

Schließlich zeigt Fig.3, daß außer zu den Zeitpunkten ίο, ίι... in zwei Pole, deren Erregerspulen gespeist wurden, mindestens durch zwei Pole getrennt sind, deren Erregerspulen nicht gespeist wurden und umgekehrt; es herrscht so über den ganzen Statorumfang eine Abwechslung zwischen Polen mit gespeisten Erregerspulen und Polen mit nicht gespeisten Erregerspulen. Finally, FIG. 3 shows that, in addition to the times ίο, ίι ... in two poles, whose excitation coils are fed are separated by at least two poles whose excitation coils have not been fed and vice versa; there is an alternation between the poles that are fed across the entire circumference of the stator Excitation coils and poles with non-fed excitation coils.

Bezieht man das bis jetzt anhand Fig.2 und 3 beschriebene Ausführungsbeispiel auf die im Anspruch 1 verallgemeinert aufgeführten Größen k, 1 und m, so gilt unter Bezug auf F i g. 2 und 3 das folgende:Referring now to the k based Figures 2 and 3 embodiment described in the claim 1 generalized sizes listed, 1 and m, the following applies with reference to F i g. 2 and 3 the following:

Die Anzahl der Pole und der Erregerspulen beträgt AkI= 36.The number of poles and the excitation coils is AkI = 36.

Die Anzahl der Zähne beträgt ml =51. The number of teeth is ml = 51.

Es handelt sich hierbei um zwei Gleichungen mit den drei Unbekannten k, 1 und m. Da die Werte dieser Unbekannten ganzzahlig sein müssen, gibt es Lösungen für:Jt=3;/=3;m=17; &4<t=12.These are two equations with the three unknowns k, 1 and m. Since the values of these unknowns must be integers, there are solutions for: Jt = 3; / = 3; m = 17; & 4 <t = 12.

Der Koeffizient /ist die Anzahl der sich wiederholenden Winkelausschnitte oder Sektoren, wie sie in F i g. 2 dargestellt sind. Die Bezeichnung »sich wiederholend« gibt dabei an, daß die Lage von Polen und Zähnen zu jedem Zeitpunkt in allen Winkelausschnitten dieselbe ist. Der Koeffizient k kennzeichnet die Anzahl der aufeinanderfolgenden Erregerspulen, die jeweils eine Erregerspüengruppe bilden, und folglich die Anzahl der Kommutierungseinrichtungen, welche diese Erregerspulen steuern. Der Koeffizient m kennzeichnet die Anzahl der Zähne je Sektor.The coefficient / is the number of repetitive angular sections or sectors as shown in FIG. 2 are shown. The term "repetitive" indicates that the position of poles and teeth is the same at all times in all angular segments. The coefficient k denotes the number of successive excitation coils, each forming a Erregerspüengruppe, and consequently the number of commutation devices which control these exciting coils. The coefficient m characterizes the number of teeth per sector.

Gemäß Anspruch 1 handelt es sich bei / um eine beliebige ganze Zahl. Da die Anzahl der Pole und Zähne proportional zu / ist, ist die Teilung der Pole und die Teilung der Zähne umgekehrt proportional zu /. Je höher / ist, um so homogener ist die Verteilung der magnetischen Kräfte, aber um so schwieriger ist die Herstellung von Rotor und Stator.According to claim 1, / is any whole number. As the number of poles and teeth proportional to /, the pitch of the poles and the pitch of the teeth are inversely proportional to /. Ever the higher / is, the more homogeneous is the distribution of the magnetic forces, but the more difficult it is Manufacture of rotor and stator.

Die Regel zur Berechnung der Indizes der zu schaltenden Pole, die am Beispiel der Darstellung in Tafel 2 angegeben worden war (d. h. Addition von 17 — 12 = 5 zum vorangegangenen Index und Bestimmung des Restes der Division durch 12), ist eine Anwendung der folgenden allgemeinen Regeln: zum Index des vorangegangenen Poles ist m—Ak hinzuzufügen, und von der Summe ist der Rest der Division durch Ak zu bilden. Diese allgemeine Regel erlaubt die Betrachtung anderer, beispielhafter Wertepaare für k und m:für k=2m=\2 sind 8 Pole je Sektor vorhanden, deren Indizes in der Reihenfolge der Kommutierung 1, 4,7,2,5,8,3,6 lauten; für Jt= 3 und m= 19 sind 12 Pole je Sektor vorhanden, deren Indizes in der Reihenfolge der Kommutierung 1, 8, 3,10,5,12, 7, 2, 9,4,11 und 6 lauten; für £=4 und m=23 sind 16 Pole je Sektor vorhanden, deren Indizes in der Reihenfolge der Kommutierung 1, 8,15,6,13,4,11,2,9,16,7,14,5,12,3und 10 lauten.The rule for calculating the indices of the poles to be switched, which was given using the example of the illustration in Table 2 (ie adding 17 - 12 = 5 to the previous index and determining the remainder of the division by 12), is an application of the following general rules Rules: add m-Ak to the index of the previous pole and divide the sum by Ak . This general rule allows the consideration of other, exemplary value pairs for k and m: for k = 2m = \ 2 there are 8 poles per sector, their indices in the order of commutation 1, 4,7,2,5,8,3, 6 are; for Jt = 3 and m = 19 there are 12 poles per sector, the indices of which in the order of commutation are 1, 8, 3,10,5,12, 7, 2, 9,4,11 and 6; for £ = 4 and m = 23 there are 16 poles per sector, their indices in the order of commutation 1, 8,15,6,13,4,11,2,9,16,7,14,5,12, 3 and 10 are.

Die bis hierhin nicht beschriebene Richtung des ίο magnetischen Flusses in den Polen ist für die Funktion eines nach Anspruch 1 ausgestalteten Motors nicht wesentlich. Bei einer besonderen Anordnung nach Anspruch 3 werden die Verbindungen der Erregerspulen mit der speisenden Stromquelle über die Kommutierungseinrichtung so eingerichtet, daß sich die Fluürichtung von einem Paar benachbarter Pole zum nächsten umkehrt. In F i g. 3 sind die Indizes der Spalten pi, pi, Pi. Pb, Pi und pio mit einem Pluszeichen überschrieben, und die Pfeile der zugehörigen Pole weisen, wenn sie vorhanden sind, d. h. wenn die Pole gespeist werden oder gerade an- oder abgeschaltet werden, nach oben gerichtet. Das bedeutet, daß die Flußrichtung in den Polen vom Inneren des Stators nach außen gerichtet ist. Umgekehrt sind die Indizes der Spalten pi, p*, pi, pg, p\i, pn mit einem Minuszeichen überschrieben, und die nach unten gerichteten Pfeile der zugehörigen Pfeile zeigen, wenn sie vorhanden sind, die entgegengesetzte Flußrichtung an. Hieraus ergibt sich, daß bei einer beliebigen Stellung des Rotors eine mindestens teilweise Kompensierung der im Rotor und im Stator umlaufenden magnetischen Flüsse erreicht wird. Diese Kompensierung bewirkt eine Verminderung der Flußdichte. Durch diese Anordnung lassen sich daher die Querschnitte des magnetisierbaren Materials in den Statorteilen, welche die Pole tragen, und in den Rotorteilen, welche die Zähne tragen, vermindern. Auf diesem Wege läßt sich eine Einsparung magnetisierbaren Materials und eine Gewichtseinsparung beim gesamten Motor erzielen.The direction of the magnetic flux in the poles, which has not been described so far, is not essential for the function of a motor designed according to claim 1. In a special arrangement according to claim 3, the connections between the excitation coils and the supplying current source are set up via the commutation device in such a way that the flux direction is reversed from one pair of adjacent poles to the next. In Fig. 3 the indices of the columns pi, pi, Pi. Pb, Pi and pio are overwritten with a plus sign, and the arrows of the associated poles indicate if they are present, ie if the poles are being fed or are being switched on or off directed upwards. This means that the direction of flux in the poles is directed from the inside of the stator to the outside. Conversely, the indices of the columns pi, p *, pi, pg, p \ i, pn are overwritten with a minus sign, and the downward-pointing arrows of the associated arrows, if they are present, indicate the opposite direction of flow. It follows that, in any position of the rotor, at least partial compensation of the magnetic fluxes circulating in the rotor and in the stator is achieved. This compensation causes a reduction in the flux density. This arrangement therefore makes it possible to reduce the cross-sections of the magnetizable material in the stator parts which carry the poles and in the rotor parts which carry the teeth. In this way, a saving of magnetizable material and a weight saving in the entire motor can be achieved.

Diesbezüglich ist aber festzustellen, daß die wesentliehe Neuerung der Erfindung, die das Arbeitsgeräusch beträchtlich reduziert, ohne Zuhilfenahme der Anordnung nach Anspruch 3 wirksam ist. Die vorteilhafte Wirkung der Anordnung nach Anspruch 3, nämlich die Reduktion der Querschnitte magnetisierbaren Materials und die Gewichtsverminderung des Motors, stehen aber nicht im Widerspruch zu den vorteilhaften Auswirkungen der Ausbildung des Motors nach Anspruch 1. Gerade weil die Schwingungsamplitude eines derartigen Motors nach Anspruch 1 sehr gering ist, ist es so möglich, zu einer Gewichtseinsparung zu gelangen und dennoch eine annehmbare Schwingungsampiitude und einen annehmbaren Geräuschpegel beizubehalten.In this regard, however, it should be noted that the essential Innovation of the invention, which reduces the working noise considerably, without the aid of the arrangement according to claim 3 is effective. The advantageous effect of the arrangement according to claim 3, namely the However, there is a reduction in the cross-section of magnetizable material and a reduction in the weight of the motor not in contradiction to the advantageous effects of the design of the engine according to claim 1. It is precisely because the oscillation amplitude of such a motor is very low according to claim 1 so possible to achieve a weight saving and still an acceptable vibration amplitude and Maintain an acceptable noise level.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor mit veränderbarer Reluktanz, bestehend aus einem ferromagnetischen, zylinderförmigen Stator mit einer Anzahl 4kl untereinander gleichmäßig beabstandeter und mit je einer Erregerspule versehener Pole, aus einem ferromagnetischen, ringförmigen Rotor mit einer bestimmten Anzahl untereinander gleichmäßig beabstandeter und den Polen gegenüber stehender Zähne und aus einer Anzahl k elektronischer Kommutierungseinrichtungen, von denen jede einer Gruppe von 4/ Erregerspulen zugeordnet ist und die diese Erregerspulen in Abhängigkeit von der jeweiligen Rotorstellung zur Erzeugung einer fortschreitenden Bewegung jeweils um einen Bruchteil einer Zahnteilung an eine Gleichstromquelle schalten, wobei bei Drehung des Rotors um eine ganze Zahnteilung jede Erregerspu-Ie jeweils einmal an die Gleichstromquelle schaltbar und von dieser wieder abschaltbar ist und die Kommutierungsphasen der einen Gruppe zur nächsten Gruppe um eine Zeitspanne verschoben sind, die einer Drehung um ein Viertel einer Zahnteilung entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Rotor mit einer Anzahl von ml Zähnen, wobei k eine ganze Zahl mindestens gleich 2, /eine beliebige ganze Zahl und m eine ganze ungerade Zahl größer 4k ist, die Kombination von k und m derart gewählt ist, daß zu jedem Zeitpunkt außer den Polen (z. B. p\, pe), deren zugehörige Erregerspule (12) unmittelbar vor diesem Zeitpunkt abgeschaltet oder unmittelbar nach diesem Zeitpunkt angeschaltet worden ist, die Pole (z. B. pi) mit eingeschalteten Erregerspulen mit den Polen (z. B. μι) mit ausgeschalteten Erregerspulen am Umfang des Stators (11) abwechseln.1. Electronically commutated direct current motor with variable reluctance, consisting of a ferromagnetic, cylindrical stator with a number of 4kl evenly spaced poles each with an excitation coil, of a ferromagnetic, ring-shaped rotor with a certain number of evenly spaced teeth facing the poles and from a number k electronic commutation devices, each of which is assigned to a group of 4 / excitation coils and which, depending on the respective rotor position, switch these excitation coils to a direct current source by a fraction of a tooth pitch to generate a progressive movement, with when the rotor rotates each excitation coil can be switched once to the direct current source and switched off again by a whole tooth pitch and the commutation phases of one group to the next group are shifted by a period of time, d ie corresponds to a rotation by a quarter of a tooth pitch, characterized in that in the case of a rotor with a number of ml teeth, where k is an integer at least equal to 2, / any integer and m is an integer greater than 4k , the combination of k and m is chosen in such a way that at any point in time, apart from the poles (e.g. B. p \, pe), whose associated excitation coil (12) was switched off immediately before this point in time or was switched on immediately after this point in time, the poles (e.g. pi) with the excitation coils switched on with the poles (e.g. μι) alternate with the excitation coils switched off on the circumference of the stator (11). 2. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für k-m folgende Zahlenkombinationen gewählt sind: 2-11,3-17,3-19oder 4-23.2. Electronically commutated direct current motor according to claim 1, characterized in that the following number combinations are selected for km: 2-11.3-17.3-19 or 4-23. 3. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspulen (12) mit den Kommutierungseinrichtungen (I, II, III) derart verbunden sind, daß sich die magnetische Flußrichtung in radialer Richtung von einem Paar benachbarter Pole (z. B. pi, p.») zum folgenden (z. B. ps, pö) ändert.3. Electronically commutated DC motor according to claim 1 or 2, characterized in that the excitation coils (12) with the commutation devices (I, II, III) are connected in such a way that the magnetic flow direction in the radial direction of a pair of adjacent poles (z. B. pi, p. ») Changes to the following (e.g. ps, pö). 5050